FHE, ZK та MPC: порівняння трьох ключових технологій шифрування

У сучасну цифрову еру, технології шифрування є надзвичайно важливими для захисту безпеки даних та особистої конфіденційності. У цій статті буде детально порівняно три сучасні технології шифрування: повна гомоморфна шифрування (FHE), нульове знання (ZK) та багатосторонні безпечні обчислення (MPC), обговорюючи їх принципи роботи, сценарії застосування та потенційне використання в сфері блокчейн.

Нульове знання ( ZK ): доведення без розкриття

Технологія нульового знання має на меті вирішення питання, як перевірити достовірність інформації без розкриття конкретного змісту. За допомогою ZK одна сторона може довести іншій стороні, що вона знає певну таємницю, не розкриваючи жодної інформації про саму таємницю.

Наприклад, якщо Алісі потрібно довести своїй кредитній ситуації працівнику компанії з прокату автомобілів Бобу, але вона не хоче надавати детальний банківський рахунок, то подібно до «кредитного балу», який надають банки або платіжні програми, це можна вважати формою нульового знання. Аліса може довести Бобу свою хорошу кредитну історію за умов «нульового знання», не показуючи конкретну інформацію про рахунок.

У блокчейн-додатках технологія ZK може бути використана для реалізації анонімних транзакцій. Наприклад, певна анонімна монета під час переказу користувача повинна забезпечити як анонімність, так і довести, що користувач має право на переказ цих монет (, щоб уникнути подвійних витрат ). Користувач може згенерувати ZK-доказ, що дозволяє майнерам перевірити законність транзакції, не знаючи особистість відправника, і внести її до блокчейну.

Багатосторонні безпечні обчислення(MPC): безпечні кооперативні обчислення

Технологія багатостороннього безпечного обчислення (MPC) в основному вирішує, як дозволити кільком учасникам виконати обчислювальне завдання без розкриття чутливої інформації. MPC дозволяє кільком учасникам співпрацювати у виконанні обчислень, але кожен учасник не зобов'язаний розкривати свої вхідні дані.

Наприклад, якщо Аліса, Боб і Керол хочуть обчислити свою середню зарплату, але не хочуть розкривати один одному конкретні суми, можна застосувати наступну схему MPC: кожен розділяє свою зарплату на три частини і передає по дві частини іншим двом. Потім кожен підсумовує отримані цифри та ділиться результатом. Нарешті, троє знову підсумовують ці три результати та обчислюють середнє значення, тим самим отримуючи середню зарплату, але не можуть визначити конкретну зарплату інших.

У сфері шифрування валют технологія MPC використовується для створення більш безпечних систем гаманців. Деякі торгові платформи запустили гаманці MPC, які ділять приватний ключ на кілька частин, які зберігаються на мобільному телефоні користувача, у хмарі користувача та на біржі. Цей підхід підвищує безпеку активів, навіть якщо користувач втратить телефон, він може відновити доступ через інші шляхи.

Повна гомоморфна шифрування(FHE): шифрування зовнішніх обчислень

Технологія повної гомоморфної шифрування вирішує питання, як зашифрувати чутливі дані, щоб їх можна було передати ненадійній стороні для обчислень, при цьому результати обчислень все ще можуть бути правильно розшифровані. FHE дозволяє виконувати різні операції безпосередньо над зашифрованими даними, не розшифровуючи їх спочатку.

У реальному застосуванні FHE дозволяє власникам даних передавати зашифровані дані третім особам для обробки, не турбуючись про витік даних. Наприклад, медичні установи можуть надати зашифровані записи пацієнтів дослідницьким установам для аналізу, а дослідницькі установи можуть отримати цінні висновки, не знаючи оригінальних даних.

У сфері блокчейн-технологій, технологія FHE може бути використана для покращення механізму консенсусу PoS та систем голосування. Наприклад, деякі проекти досліджують можливість використання технології FHE для запобігання плагіату між вузлами PoS або запобігання голосуванню за принципом слідування під час процесу голосування, що підвищує рівень децентралізації системи та достовірність рішень.

Технічне порівняння

Хоча ZK, MPC та FHE всі спрямовані на захист конфіденційності та безпеки даних, між ними існують суттєві відмінності в застосуванні та технологічній складності:

• ZK використовується в основному для доказів, підходить для сцен, де потрібно перевірити права або особу.
• MPC зосереджується на багатосторонньому співпраці в обчисленнях, що підходить для ситуацій, де потрібна співпраця з даними, але потрібно захистити приватність усіх сторін.
• FHE зосереджується на обробці шифрованих даних, особливо підходить для таких сфер, як хмарні обчислення та послуги ШІ.

У технічній складності ZK вимагає глибоких математичних і програмних навичок; MPC стикається з викликами синхронізації та ефективності зв'язку; FHE має значні перешкоди в обчислювальній ефективності.

В цілому, ці три технології шифрування мають свої переваги і відіграють важливу роль у різних сценаріях застосування. З розвитком технологій вони будуть відігравати все більш важливу роль у захисті конфіденційності та безпеки цифрового світу.